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鋁型材陽極氧化膜發(fā)生剝離的原因
1:發(fā)生陽極氧化膜剝離的情況
鋁型材陽極氧化膜的多孔層如下圖所示,在鋁型材上通過阻擋層生長,可明顯看到陽極氧化膜存在于基材上;但是,鋁型材基材和氧的結(jié)合力比銅、鐵等大得多,因此,不可能通過機械外力剝離陽極氧化膜;
(鋁型材陽極氧化膜的截面結(jié)構(gòu))
然而,實際上已經(jīng)發(fā)生了鋁型材陽極氧化膜的各種形式的剝離,迫切需要預(yù)防措施;陽極氧化膜剝離多發(fā)生在鋁型材基體和阻擋層之間,也有在阻擋層和多孔層邊界位置的剝離;
2:陽極氧化膜剝離的原因
(1)鋁型材基體合金成分的影響
含Cu、Mg較多的鋁型材中的大部分Cu、Mg發(fā)生陽極溶解;此外,含Mg的金屬間化合物、β-AIMg因溶解形成空穴,生成不連續(xù)的陽極氧化膜;一般硫酸陽極氧化中,各種金屬間化合物具有的氧化和溶解行為如下表所示,成為氧化膜剝離的主要原因;
金屬間化合物
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氧化速度①
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溶解性②
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對陽極氧化膜的影響
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CuAI2
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++
|
++
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顯著提升陽極氧化膜的生成效率
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β-AIMg
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+
|
+
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生成不連續(xù)的陽極氧化膜,空化陽極氧化膜表面,界面粗糙
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Mg2Si
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++
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±
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粗化陽極氧化膜/金屬界面
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β-AIFeSi
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-
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-
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粗化陽極氧化膜/金屬界面
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FeAI3
|
±
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-
|
-
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MnAI6
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-
|
-
|
粗化陽極氧化膜/金屬界面
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CrAI7
|
+
|
+
|
在陽極氧化膜中形成空穴
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T(AIZnMg)
|
+
|
++
|
在陽極氧化膜中形成空穴
|
TiAI2
|
-
|
-
|
粗化陽極氧化膜/金屬界面
|
①氧化速度的表示中:++表示與基體相比相當(dāng)快;+表示與基體相比快;±表示與基體相比幾乎相同;﹣表示不氧化;
②溶解性的表示中:++表示容易溶解;+表示與基體相比快;±表示與基體相比幾乎相同;﹣表示不溶解;
(2)鋁型材基體熱膨脹的影響
鋁型材的添加元素對熱膨脹的影響如下圖所示;Mg含量增加2%~5%(質(zhì)量分數(shù)),熱膨脹增加2%左右;Zn也有增加熱膨脹的傾向;也就是說這些添加元素使鋁型材容易受熱而膨脹,與陽極氧化膜熱膨脹的差別變化,更容易形成陽極氧化膜開裂和剝離;
(鋁型材的添加元素對熱膨脹的影響)
(3)停電或中斷氧化的影響
陽極氧化作業(yè)中的停電或氧化中斷也是發(fā)生陽極氧化膜剝離的原因之一;例如在使用5%硫酸溶液,15℃、1A/dm2的直流電源,分別進行30min、60min、90min氧化時,在某個時間點發(fā)生20min、40min的中斷后對耐蝕性影響很大;長時間氧化、中斷導(dǎo)致后期的耐蝕性降低較大;這是由于中斷時在鋁型材基體與陽極氧化膜之間進行了化學(xué)溶解,這也是陽極氧化膜開裂或剝離的原因;
(4)鋁型材的陽極氧化膜微孔內(nèi)殘留的陽極氧化溶液隨時間變化的影響
曾報道過,6061系易切削合金(AI-Mg-Si組分中添加低熔點合金Pb、Bi、Sn各5%)的涂裝陽極氧化復(fù)合膜剝離的現(xiàn)象;陽極氧化時,氧化膜的多孔結(jié)構(gòu)中浸透而殘留的硫酸和水分在染色、封孔、干燥、涂裝固化處理時受熱影響,在陽極氧化膜和鋁型材基材界面形成電位差的低熔點薄膜合金層,它們因和殘留溶液形成局部電池而發(fā)生溶解、產(chǎn)生空隙,鋁型材基體和陽極氧化膜的結(jié)合力降低,發(fā)生陽極氧化膜的剝離;
3:防止陽極氧化膜剝離的措施
由于非常薄的阻擋層介于陽極氧化膜和金屬之間,連接著完全不同的物質(zhì),因此如何將這種連接狀態(tài)持續(xù)維持在穩(wěn)定狀態(tài)呢?
為了防止鋁型材陽極氧化膜剝離,在捕捉隱性缺陷的同時應(yīng)檢查合金成分和金相組織,金屬材料領(lǐng)域的相關(guān)人員也要參與檢查包含前處理、后處理的表面處理方法;從電化學(xué)領(lǐng)域的表面處理觀點出發(fā),積極查明原因并積極研究防止陽極氧化膜剝離的對策,并不容易實現(xiàn);希望及積累以往陽極氧化膜剝離事例,以其原因與對策為范例一件一件地慢慢總結(jié)經(jīng)驗;
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